2025 諾貝爾化學獎

從分子到網格──金屬有機框架（MOFs）的誕生與革命

🏆 得獎者

• Susumu Kitagawa（日本）
• Richard Robson（澳洲）
• Omar M. Yaghi（美國，加州大學柏克萊分校）

諾貝爾委員會的頒獎理由是：

「for the development of metal–organic frameworks（MOFs）——為金屬有機框架材料的發展作出的貢獻。」

🔬 什麼是 MOF？

金屬有機框架（Metal–Organic Frameworks, MOFs）是一類由金屬離子（或金屬簇）與有機配體連接而成的三維網狀結構。 這些架構內部充滿了規則的孔洞，孔洞的大小與化學性質可以精密設計，因此具有：

• 極高的比表面積（每克可達上千平方米）
• 可精確調控的孔洞大小與形狀
• 優異的氣體吸附與分離能力
• 可作為催化、藥物載體與儲能材料

🧩 從概念到架構的誕生

20 世紀末，化學家開始思考：是否能像搭積木一樣，用分子設計出有序、可重複的多孔架構？

這一想法催生了「網狀化學（Reticular Chemistry）」的誕生。 其中，Omar M. Yaghi 在 1990 年代發展出一套以金屬節點與有機配體為基元的設計原理； Susumu Kitagawa 則率先製備出能「呼吸」的可變形 MOF； 而 Richard Robson 的早期工作奠定了配位聚合物的結構基礎。

🌍 為什麼值得諾貝爾獎？

MOF 的誕生，不只是材料學的突破，更改變了化學設計的思維模式。 它讓化學家可以「以分子為單元，設計材料的宏觀功能」，這在能源與環境議題中意義重大。

今天，MOF 已應用於：

• 碳捕捉與氣體儲存（如氫氣、甲烷、CO₂）
• 空氣取水（利用 MOF 對濕氣的高吸附性）
• 選擇性催化與藥物運輸
• 離子導體與電池材料

💡 為什麼這次預測會「猜中」？

許多科學家多年來都認為，MOF 及其推廣出的「網狀化學」是足以改變化學範式的成就。 它結合理論優雅與實用價值，是典型的「跨世代材料科學」。 因此，在人工智慧、生物催化等熱門領域之外， MOF 代表了一個根本性的思維轉變 —— 從「發現」材料，走向「設計」材料。

🧠 小結：從原子到網格的革命

如果說二十世紀的化學是以「反應」為中心，那麼二十一世紀的化學， 正逐漸以「架構設計」為核心。MOF 的誕生， 讓我們第一次能夠從原子層級設計出具備預期功能的宏觀固體， 這正是化學邁向「分子建築學（molecular architecture）」的時代象徵。

撰文：｜2025 年 10 月 8 日